Dislocation structures in cold-deformed pure tantalum : evolutions and influences on recovery and recrystallization
Structures de dislocations dans le tantale pur déformé à froid : évolutions et influences sur la restauration et la recristallisation
Résumé
Thanks to its high ductility at room temperature, pure tantalum is ideal for the cold forming of parts with complex geometries with minimal rupture risks. This thesis aims at understanding and providing a description of the physical mechanisms taking place during a plastic deformation and then an annealing. Various samples of pure tantalum were cold deformed by compression and rolling. The deformed microstructures were then characterized by scanning electron microscopy at grain and substructure scales. These characterizations revealed that the substructure development is strongly influenced by the crystallographic orientation of the grains and also by the texture of the initial state. In particular, gamma-fiber grains form more substructures than thêta-fiber grains. These differences cannot be correctly depicted only by dislocation density values. Parameters for the quantification of substructures have been proposed and their evolutions have been described by models. Recrystallization is greatly impacted by the orientation dependence of the deformed state. Nucleation is promoted in gamma-fiber grains due to the more advanced substructure development during deformation. This heterogeneity of behavior can be well described with stored energy estimated at substructure scale. Recovery has been studied directly and indirectly through its effects on recrystallization with various pre-recovery treatments. Two opposite effects on recrystallization were observed. A first non-contributive effect is related to the dislocation annihilation, which involves a decrease in the driving force for recrystallization. A second contributive effect is related to the enhancement of migration ability of subboundaries, which promotes nucleation. The balance between these two effects determines the overall effect of recovery on recrystallization. This balance varies depending on the deformation, the crystallographic orientation and the conditions of the pre-recovery treatment (time and temperature).
Du fait de sa grande ductilité à température ambiante, le tantale pur est idéal pour la mise en forme à froid de pièces à géométries complexes avec des risques de rupture minimes. L’objectif de cette thèse est de comprendre et proposer une description des mécanismes physiques qui se déroulent lors d’une déformation plastique suivie d’un traitement thermique. Différents échantillons de tantale pur ont été déformés à froid par compression et laminage. Les microstructures déformées ont été ensuite caractérisées par microscopie électronique à balayage à l’échelle des grains et des sous-structures. Ces caractérisations ont révélé que le développement de sous-structures est fortement influencé par l’orientation cristallographique des grains et également par la texture de l’état initial. En particulier, les grains de la fibre gamma forment plus de sous-structures que ceux de la fibre thêta. Ces différences ne peuvent pas être correctement retranscrites uniquement par les valeurs de densité de dislocations. D’autres paramètres permettant de quantifier les sous-structures ont été proposés et leurs évolutions ont été décrites par des modèles. La recristallisation est très impactée par la dépendance de l’état déformé à l’orientation cristallographique. La germination est favorisée dans les grains de la fibre gamma en raison du développement de sous-structures plus important lors de la déformation. Cette hétérogénéité de comportement peut être bien décrite par l’énergie stockée lorsqu’elle est estimée à l’échelle des sous-structures. La restauration a été étudiée de manière directe et indirecte à travers ses effets sur la recristallisation avec différents pré-traitements de restauration. Deux effets opposés sur la recristallisation ont été observés. Un premier effet défavorable est lié à l’annihilation des dislocations, ce qui implique une diminution de la force motrice pour la recristallisation. Un second effet favorable est lié à l’amélioration de l’aptitude à migrer des sous-joints, ce qui favorise la germination. L’effet global de la restauration sur la recristallisation est conditionné par l’équilibre entre ces deux effets. Cet équilibre varie en fonction du niveau de déformation, de l’orientation cristallographique et des conditions du pré-traitement de restauration (temps et température).
Origine : Version validée par le jury (STAR)